>> CHIPTUNING  ALGEMEEN  >>  DRUKVULLING

>> Waarom ?

Sinds de ontwikkeling van motoren en auto's is de belangrijkste doelstelling van technici en constructeurs
de vermogens-efficiëntie te verhogen en de vermogenskarakteristiek te optimaliseren. Hierbij is het vooral
de wens van de bestuurder om met sterkere en snellere auto's te rijden welke in elk toerentalbereik
voldoende kracht en koppel geven en zo weinig mogelijk brandstofverbruik te hebben. In de loop van de jaren
zijn steeds naar alle mogelijkheden en procedures gezocht om deze doelen na te komen. De kennis en
ervaringen in de motorsport zijn de ideale basis om nieuwe systemen te ontwikkelen en bestaande te verbeteren. Bij verbrandingsmotoren kan een vermogenstoename op verschillende manieren bereikt worden
door een vergroting van de cylinderinhoud, een toename van het toerental en een verhoging van de
gemiddelde druk in de cylinder om maar enkele belangrijke te noemen.

De belangrijkste en effectiefste procedure die in de loop der jaren steeds verder ontwikkelt werd en door
talrijke systemen realiseerbaar is, is de drukvulling. Het principe is gebaseerd op de verhoging van de
gemiddelde druk. Hierdoor zal door een hogere druk in de cylinder grotere draaimomenten (koppel) en dus
ook een hoger motorvermogen bereikt worden. Het vermogen is namelijk evenredig met het koppel en met
de verbrandingsdruk.  >> Lees verder op KOPPEL & VERMOGEN >>

Door drukvulling kan men een vermogenstoename tot 50 % bereiken, zowel bij benzine- als dieselmotoren.
Het grotere vermogen kan daarbij verschillend gebruikt worden voor een verhoging van het rijvermogen of
een vermindering van het verbruik.

Het concept van drukvulling wordt meestal gekozen indien de beschikbare ruimte in het motorcompartiment
onvoldoende is voor een grotere cylinderhoud. Men bekomt meer vermogen met dezelfde motor bij
gelijkblijvende afmetingen en slechts een geringere gewichtstoename. Het is trouwens economischer om
een reeds voorhanden zijnd motorconcept met drukvulling te construeren dan een volledig nieuwe motor
te ontwikkelen. Tenslotte zijn ook verschillende marketingpunten belangrijk omdat bij de meeste kopers een
"turbomotor" interessanter is dan een vergelijkbare atmosferische motor met hetzelfde vermogen.

De vermindering van het verbruik is tot heden bij massaproduktie nog niet verwezenlijkt. Het doel bij deze
keuze is het "bedrijfspunt" van de motor te veranderen. Bij deellast (lage toerentallen) kan dit wel worden
gerealiseerd en in korte-afstands regime tot 10% minder verbruik opleveren. Maar bij vollast (hoge toerentallen)
treden ongunstige verhoudingen op en het "bedrijfspunt" verplaatst zich van het optimum weg.
 

  

Nieuwe oplossingen benutten de drukvulling
niet enkel voor vermogentoename maar ook
voor de minimalisering van schadelijke stoffen
in de uitlaatgassen waardoor de grenzen van de
emmisiewaarden beter ingehouden kunnen worden.

Algemeen kan men zeggen dat door drukvulling
vergelijkingswijze klein-volume motoren de koppel
en vermogencurves verhogen die voorheen slechts
aan grote en zware atmosferische motoren
voorbehouden waren.

Een extreem voorbeeld komt uit de Formule-1. Het maximale vermogen van de huidige V10 atmosferische motoren ligt bij ongeveer 900 pk, 3 liter motor. Dit niveau werd doch reeds bereikt in begin 1990 in de nog
toegelaten turbo-motoren. Hier werd tot 1200 pk bereikt.

Een voorbeeld voor het verschil te zien bij het koppel geleverd door een Mercedes C-klasse.
Terwijl de C 200 Compressor met een 1.8 liter motor zijn maximaal koppel bij 3000 t/min bereikt, wordt bij
een C 240 (zonder compressor) dezelfde waarden bij 4500 t/min bereikt met zijn 2.6 liter motor.

>> Principe en werking

Het principe van druklading berust dus op drukverhoging in de cylinder. Bij viertaktmotoren wordt het
gasmengsel (lucht-brandstof) verbrandt tijdens de 3e takt of de arbeidsslag, nadat het in de vorige takt werd
samengedrukt. Hierbij oefent het gas een zeer hoge druk uit op zijn omgeving, zoals cylinderwand en zuigerkop en drijft de zuiger naar beneden. Het gas zet uit en er wordt arbeid verricht.
Het principe geldt dat : hoe hoger het vers aangezogen gasmengsel en daarmee de dichtheid van de
aangezogen lucht, hoe hoger en sterker de druk in de cylinder. Hierdoor wordt de arbeid sneller uitgevoerd
en worden hogere krachten op de krukas overgedragen, dus meer koppel en vermogen. Omdat de
verbrandingsdruk tijdens de complete voortgang onregelmatig is (eerst stijgt dit tot een maximum om daarna
af te nemen), wordt de term "gemiddelde verbrandingsdruk" gebruikt.
Bij conventionele motoren wordt het gasmengsel door de motor zelf aangezogen, vandaar de benaming
"zuigmotor" of atmosferische motor (vaak ook NA motor genaamd, Normally Aspired).
Er zijn mogelijkheden om een "zuiger" te ontwikkelen zodat er door bv betere inspuitpompen meer brandstof kan worden aangevoerd doch heeft dit zijn beperkingen omdat dit niet op zichzelf voldoende verse lucht voor
de verbranding kan aanzuigen. Hieruit volgt dat het verhogen van de vullingsgraad van de motor als zeer
effectief en productief kan ervaren worden indien de verse lucht met een zekere "overdruk" in de verbrandingskamer wordt "gepompt". Dit is de zogenaamde drukvulling.

In de praktijk wordt drukvulling meestal door gescheiden, aan de motor geïnstalleerde, aggregaten bereikt.
Dit is de zogenaamde "vreemd - drukvullling". Er zijn ook mogelijkheden om drukvulling te bereiken door
het benutten van de kinetische energie van de inlaatslag. Dit is de "zelf-drukvulling". Dit is weinig effectief
en wordt bijna niet toegepast. Vandaar dat hier enkel de "vreemd-drukvulling" wordt behandelt.Er bestaan verschillende systemen die tot doel hebben om het vermogen te vergroten door de gemiddelde
druk te verhogen, maar onderling verschillend aangedreven worden en dus verschillend functioneren.
Verder meer hierover.

Gemeenschappelijk is dat al deze systemen over een automatisch aangedreven, roterende luchtpomp de
atmosferische lucht aanzuigen en deze verdichten alvorens ze onder druk in de verbrandingskamer wordt gepompt. Bij dit proces ontstaan hoge temperaturen tot 150 °C waarbij de verbrandingslucht erg verhit.
Omdat de luchttemperatuur bij het intreden van de motor niet hoger dan 50 °C mag zijn, moeten er extra
systemen aanwezig zijn welke deze lucht afkoelen. Deze opdracht wordt door de luchtkoeler uitgevoerd en
is dus na de turbo of compressor geplaatst. De reden is dus dat lucht opwarmt als het wordt samengeperst.
Dit is absoluut te vermijden omdat warme lucht uitzet waardoor het effect van het comprimeren deels teniet wordt gedaan en omdat de temperatuur groter wordt in de cylinders, waardoor de motor makkelijker gaat kloppen (hevige ongecontroleerde zelfontbranding van het mengsel) en hierdoor schade oploopt.
Vandaar de intercooler die de warme inlaatlucht terug afkoelt. Er zijn 2 types intercoolers, nl een
lucht-luchtkoeler en een water-luchtkoeler. De lucht-luchtkoeler wordt het meeste toegepast.
De omgevingslucht stroomt dan over de intercooler om de inlaatlucht af te koelen. Bij auto’s met de motor vooraan geplaatst wordt de intercooler vaak onderaan de radiator geplaatst. Bij sommige sportieve wagens, zoals de Mitsubishi EVO, bestaat er de mogelijkheid koud water over de lucht-lucht intercooler te spuiten
om voor extra afkoeling te zorgen. Naast de lucht-luchtkoeler heb je de water-luchtkoeler. In dit geval wordt koelwater gebruikt om de inlaat lucht af te koelen.
Verder meer hierover.

Alvorens in te gaan op deze "vreemd-drukvulling" systemen te bespreken moet worden opgemerkt dat men
niet eenvoudigweg een lader aan een motor kan aanbrengen zonder de basismotor aanzienlijk aan te passen.
De motor moet hogere en extreme thermische en mechanische belastingen weerstaan. Onderdelen zoals
krukaslagers, zuigers, cylinderkoppakkingen en uitlaatkleppen moeten aanzienlijk versterkt worden om de
hogere druk duurzaam te weerstaan. Verder moet de afstelling van ontsteking en gasmengsel aangepast
worden aan vereisten zoals rijgedrag, emissienormen en geluidsnormen.

>> Systemen en procedures

Voor drukvulling te bekomen worden gescheiden systemen aan de motor geïnstalleerd die de zogenaamde "vreemd-lading" bewerken. Deze systemen moeten aangedreven worden waarbij meteen een onderscheid
kan gemaakt worden in twee grote groepen.

De meest bekende zijn laders die voor de aandrijving gebruik maken van de in de uitlaat stromende uitlaatgassen. Zij worden turboladers of simpelweg turbo's genoemd. (turbo-supercharger of turbocharger)
De tweede hoofdgroep zijn de compressoren die mechanisch worden aangedreven door motor via een
riem of ketting. (supercharger)
Verder zijn er nog minder bekende laders die door electro-motoren worden aangestuurd.
In deze hoofdgroepen van turbo's en compressoren zijn er verschillende constructievormen die zich
onderscheiden door verschillen in aandrijving en aanzuigwijze.
Tenslotte zijn er nog systemen die een combinatie zijn van beide systemen zoals de comprex die zowel
door de uitlaatgassen als door de motor wordt aangedreven.

Tot de belangrijkste constructies behoren :

Omwille van de diepgaande uitleg worden deze onderwerpen op aparte pagina's uiteengezet.